[发明专利]均匀球形微粒制备装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微粒制备技术领域的方法和装置，具体是一种均匀球形微粒制备装置及其制备方法。

背景技术

颗粒化制备技术除了在粉末燃烧、喷射干燥、喷射冷却、气体雾化、喷射沉积、热喷涂、喷墨打印和快速成型等生产领域中有广泛的应用，在基础科学研究中无论是流体动力学、紊流机制还是质热传导等都有极其重要的意义。时至现在，该技术在汽车、航空、冶金、农业、电子封装、化工、医药，乃至食品加工等行业均有广泛应用。尤其是高密度集成电路封装、高效微型医药胶囊、快速成型等领域对颗粒在微公差、高真圆度和精确的空间定位能力等方面提出了苛刻的技术要求，因为均匀球形颗粒具有稳定一致的飞行轨迹和热历史，有助于保证过程的精确控制和产品的同一性。故而对均匀球形颗粒制备技术的提出了迫切的需求。

现阶段，均匀球形颗粒制备方法主要包含切丝重熔法、雾化法、乳化法和喷射法等。重熔法技术加工过程繁多，设备投资大，经济可行性差。而且，此过程有其固有的局限性，因为每个机械操作都对颗粒增加了一定量的尺寸和一致性的偏差，产生不能接受的累积效应，导致粗糙的尺寸偏差。就雾化法和乳化法而言，由于其工艺特性决定其生产的球体尺寸是非均匀的，所以筛选过程非常复杂，且生产效率非常低。振动喷射法尽管能提高较为理想的窄粒度球粒，但不能适于高温、高活性、腐蚀性熔料，且基于压电元件的振动源和液束的层流态不易长期保持稳定，极大地限制了它的发展应用。

经过对现有技术的检索发现，L.Zhao，J.Li，M.Rodrigues，H.A.Matos，E.G.de Azevedo，Using N2-or CO2-Assisted Atomization Process to Produce Polyethylene Glycol Microparticles，Chemical Engineering Research and Design，85(2007)987-995.(氮气或二氧化碳辅助雾化法制备聚乙烯乙二醇微粒)雾化法显然在球粒真圆度和均匀性远远不及本发明所采用的制粒手段，其繁琐的工艺流程和资源投入在实际生产上形成瓶颈，制约了它的应用。

进一步检索发现，M.Orme，On the genesis of droplet stream microspeed dispersions，Physics of Fluids A：Fluid Dynamics，3(1991)2936-2947.，(液滴微速波动起源)对液束施加一定的扰动有利于其离散成均匀液滴，相对于本发明采用的旋转分气的周期性扰动挤压模式，传统的压电元件扰动源不仅操作成本高，且需长时间将液束维持在层流状态，稳定性较差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种均匀球形微粒制备装置及其制备方法，制备得到的微粒粒度分布窄、球形度高、适用性强、工艺流程短、可控性好、设备简单、成本低和生产效率高等要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种均匀窄粒度分布球形微粒的制备装置，包括：周期性定量压力气源模块、密封喷射腔和超微喷嘴，其中：密封喷射腔固定设置于所述制备装置的中心处，超微喷嘴位于密封喷射腔的侧壁，周期性定量压力气源模块包括位于同一轴线上依次相连设置的气源连接器、紧固式联轴器和旋转定量气体分配器，旋转定量气体分配器的输出端分别与密封喷射腔和熔炼坩埚相连接，气体从气源连接器通过联轴器管道进入旋转定量气体分配器，在周期性转动分割作用下定量分配至两个支管道，一个支管道连接至密封喷射腔，腔内熔体通过压力差作用从密封喷射腔经由超微喷嘴以定量均匀液段或均匀颗粒喷射，另一个支管道连接至熔炼坩埚为密封喷射腔补充等量体积的熔料。

所述的旋转定量气体分配器包括：主轴、端盖、壳体、轴套、油封和精细滚珠轴承，其中：主轴位于壳体中部，沿主轴由内而外分别对称设置油封、轴套、精细滚珠轴承、轴套、端盖；其精细滚珠轴承两侧设立轴套定位；其端盖内侧设置油封以防泄漏。

所述的主轴内设有与壳体精密配合的中空管道，管径为5～10mm，配合缝隙为10～80μm；

所述的壳体上设有相应管道形成阑孔，孔径为5～10mm，并与主轴管道相连，转速在100～1500rpm之间。

所述的旋转定量气体分配器内的旋转接触面设有润滑油剂，以在旋转过程中形成薄层油面。

所述的密封喷射腔的外壁设有电阻感应加热线圈，该加热线圈的外部设有保温护套，以保证使物料熔化并过热20～100℃。

所述的加热线圈的加热温度为室温～1800℃。